雙金屬異向?qū)λ苄宰冃蔚挠绊?/h1>
2011-11-13 08:15:22王淑敏
鍛壓裝備與制造技術(shù) 2011年4期
竇 明，王淑敏
（鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鶴壁 458030）
雙金屬異向?qū)λ苄宰冃蔚挠绊?/p>
竇 明，王淑敏
（鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鶴壁 458030）
在當(dāng)前的各種器具中，雙金屬用的愈來愈多。本文對常用的雙金屬，在不同方向上取樣，作單向拉伸試驗，由異向系數(shù) ga=eb/ea，得出了在塑性變形過程中，不能忽略材料異向性的影響的結(jié)論。
材料實驗；雙金屬；塑性變形；異向性
1 引言
雙金屬管又稱為復(fù)合管[1]，它是由兩種不同金屬材料構(gòu)成的，兼有兩種材料的特性。為了能夠更有效地發(fā)揮雙層金屬管材的優(yōu)越性，增加其強度和承載能力，通常要求雙金屬管材在非工作狀態(tài)下呈緊密配合狀態(tài)。與單材質(zhì)管相比，雙金屬復(fù)合管可以節(jié)省稀貴金屬材料，降低生產(chǎn)成本。因此，雙金屬復(fù)合管在石油、化工、核電和機械工程等行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景[2]。
在化工、醫(yī)療、電器零件和裝飾用品中，愈來愈多采用雙金屬材料。目前，復(fù)合管的制備技術(shù)很多，其中大部分都是利用局部或整體塑性成形來進行復(fù)合的。傳統(tǒng)方法有軋制、擠壓法[3]等；較為新穎的有爆炸熔焊、離心鑄造[4]、液壓成形[5]、熱脹復(fù)合成形[6]等。在制造時幾乎全部都采用常溫下的塑性成形方法。這類零件雖然精度要求不高，但表面質(zhì)量要求很高，不允許有毛刺、裂紋、斑點出現(xiàn)。在雙金屬本質(zhì)上比單金屬塑性變形能力差[7]的情況下，如何得到表面質(zhì)量高的零件，是當(dāng)前雙金屬管應(yīng)用上的一個關(guān)鍵技術(shù)。
2 試驗方法和試樣
2.1 單向拉伸試驗
從板料軋制的 α=0，45°，90°不同方向上切取試樣，見圖1所示。
2.2 試樣的成分配制
用鋼和銅兩種材料，在不同牌號和厚度的鋼的表面，覆蓋不同牌號和厚度的銅。即1號雙金屬為20號鋼和90號純銅；2號雙金屬為08號鋼和黃銅；3號雙金屬為20鋼和黃銅。板厚均為3mm。
圖1雙金屬試樣
2.3 試樣的厚度和性能
這里采用的試樣的厚度和性能見表1所示。
表1 試樣的厚度和性能
2.4 試樣準(zhǔn)備
用金剛石錐，在放大鏡下，把試樣表面劃出相距為3mm，精度在0.0025mm～0.0030mm的正方形網(wǎng)格。
3 試驗數(shù)據(jù)計算和結(jié)果
采用不同變形厚度在萬能拉伸試驗機上測出試樣長度和寬度方向上的變形量，做數(shù)據(jù)計算。有應(yīng)變值：
異向性系數(shù)：
式中腳標(biāo)代號：0——毛坯值；
a——試樣厚度；
b——試樣寬度；
α——0，45°，90°。
由所得數(shù)據(jù)，經(jīng)計算，得出結(jié)果。如圖2所示。
4 實驗結(jié)果分析
（1）由試驗過程發(fā)現(xiàn)，在拉伸試樣縮頸前，雙金屬與單金屬一樣，都是均勻變形，網(wǎng)格變化大小相等?？s頸后，網(wǎng)格變化不一，表明各處變形不均勻。
（2）變形程度不一樣，由圖 2a，b，c，d可看出，異向性的趨勢一致，大小差異也不大。
（3）在不同方向上取樣，異向性系數(shù)差別很大，在45°方向上，異向性系數(shù)在0.8～1.2之間，在90°方向上，異向性系數(shù)在2.3～2.8之間。
（4）雙金屬層的厚度變化，對異向性沒有什么影響。
圖2 材料與取樣方向和變形程度的異向性因素關(guān)系
5 結(jié)論
雙金屬材料在塑性變形時的排樣，在不同方向上異向性不一樣。在板料軋制的45°方向上排樣，可忽略異向性的影響。
[1] 張 慶，周磊，趙長財，等.復(fù)合管脹形成形極限研究[J].中國機械工程，2002，13（17）:1455-1458.
[2] 王學(xué)生，王亞輝，李培寧，等.液壓脹合復(fù)合管的應(yīng)力應(yīng)變分析[J].鄭州大學(xué)學(xué)報，2001，22（1）:33-35.
[3] 巢鵬飛，楊連發(fā)，于 強，等.金屬復(fù)合管制備中的應(yīng)用及展望[t1].塑性工程學(xué)報，2005，12（2）:42-47.
[4] Chen W C，Petersen C w.Corrosion Performance of Welded CRA-lined Pipes for Flowlines[J].SPE Production Engineering，1992，（4）:375-378.
[5] 王智祥，楊 斌，楊貴平.銅鋁雙金屬管連續(xù)襯拉復(fù)合成形的研究[J].稀有金屬，2002，26（3）：206-209.
[6] 於 方，秦建平.雙金屬管在管道輸送中的應(yīng)用[J].鋼管，2000，29（1）:34-36.
[7] 劉 偉，等.板材分段多點成形中局部劇烈塑性變形的研究[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2007，42（5）:82-85.
Influence of different-direction bimetal on plastic deformation process
DOU Ming，WANG Shumin
（Hebi Vocation Technical College，Hebi 458030，Henan China）
Based on the traditional bimetal,different-direction samples have been selected and the unilateral tensile test has been conducted.The different-direction coefficient shows that the influence of different-direction function of the material can't be ignored in the plastic deformation process.
Bimetal；Plastic deformation；Different-direction function
TG115
B
1672－0121（2011）04－0094－02
2011-04-02
竇 明（1974-），男，講師，從事材料化學(xué)的教學(xué)與研究
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雙金屬管又稱為復(fù)合管[1]，它是由兩種不同金屬材料構(gòu)成的，兼有兩種材料的特性。為了能夠更有效地發(fā)揮雙層金屬管材的優(yōu)越性，增加其強度和承載能力，通常要求雙金屬管材在非工作狀態(tài)下呈緊密配合狀態(tài)。與單材質(zhì)管相比，雙金屬復(fù)合管可以節(jié)省稀貴金屬材料，降低生產(chǎn)成本。因此，雙金屬復(fù)合管在石油、化工、核電和機械工程等行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景[2]。
在化工、醫(yī)療、電器零件和裝飾用品中，愈來愈多采用雙金屬材料。目前，復(fù)合管的制備技術(shù)很多，其中大部分都是利用局部或整體塑性成形來進行復(fù)合的。傳統(tǒng)方法有軋制、擠壓法[3]等；較為新穎的有爆炸熔焊、離心鑄造[4]、液壓成形[5]、熱脹復(fù)合成形[6]等。在制造時幾乎全部都采用常溫下的塑性成形方法。這類零件雖然精度要求不高，但表面質(zhì)量要求很高，不允許有毛刺、裂紋、斑點出現(xiàn)。在雙金屬本質(zhì)上比單金屬塑性變形能力差[7]的情況下，如何得到表面質(zhì)量高的零件，是當(dāng)前雙金屬管應(yīng)用上的一個關(guān)鍵技術(shù)。
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2.1 單向拉伸試驗
從板料軋制的 α=0，45°，90°不同方向上切取試樣，見圖1所示。
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用鋼和銅兩種材料，在不同牌號和厚度的鋼的表面，覆蓋不同牌號和厚度的銅。即1號雙金屬為20號鋼和90號純銅；2號雙金屬為08號鋼和黃銅；3號雙金屬為20鋼和黃銅。板厚均為3mm。
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異向性系數(shù)：
式中腳標(biāo)代號：0——毛坯值；
a——試樣厚度；
b——試樣寬度；
α——0，45°，90°。
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（1）由試驗過程發(fā)現(xiàn)，在拉伸試樣縮頸前，雙金屬與單金屬一樣，都是均勻變形，網(wǎng)格變化大小相等?？s頸后，網(wǎng)格變化不一，表明各處變形不均勻。
（2）變形程度不一樣，由圖 2a，b，c，d可看出，異向性的趨勢一致，大小差異也不大。
（3）在不同方向上取樣，異向性系數(shù)差別很大，在45°方向上，異向性系數(shù)在0.8～1.2之間，在90°方向上，異向性系數(shù)在2.3～2.8之間。
（4）雙金屬層的厚度變化，對異向性沒有什么影響。
圖2 材料與取樣方向和變形程度的異向性因素關(guān)系
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雙金屬材料在塑性變形時的排樣，在不同方向上異向性不一樣。在板料軋制的45°方向上排樣，可忽略異向性的影響。
[1] 張 慶，周磊，趙長財，等.復(fù)合管脹形成形極限研究[J].中國機械工程，2002，13（17）:1455-1458.
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[3] 巢鵬飛，楊連發(fā)，于 強，等.金屬復(fù)合管制備中的應(yīng)用及展望[t1].塑性工程學(xué)報，2005，12（2）:42-47.
[4] Chen W C，Petersen C w.Corrosion Performance of Welded CRA-lined Pipes for Flowlines[J].SPE Production Engineering，1992，（4）:375-378.
[5] 王智祥，楊 斌，楊貴平.銅鋁雙金屬管連續(xù)襯拉復(fù)合成形的研究[J].稀有金屬，2002，26（3）：206-209.
[6] 於 方，秦建平.雙金屬管在管道輸送中的應(yīng)用[J].鋼管，2000，29（1）:34-36.
[7] 劉 偉，等.板材分段多點成形中局部劇烈塑性變形的研究[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2007，42（5）:82-85.
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（Hebi Vocation Technical College，Hebi 458030，Henan China）
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1672－0121（2011）04－0094－02
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